坦克射击误差如何校准?中国有这款“秘密小配件”

据说因为威力太大,在参加国际赛事时,中国研制的这种全自动炮口偏移补偿装置曾被要求临时关闭,而在外贸中又被指定加装。

x
用微信扫描二维码
分享至好友和朋友圈

  出品 | 网易新闻

  作者 | 404 not found,军事爱好者

  在现代战争中,坦克是陆地作战的主要武器之一,它的火力性能主要体现在所装备坦克炮的威力和精度两个方面,尤其是射击精度,更是坦克武器系统考核的一项主要指标。

  然而,在实际使用过程中,火炮身管会发生一定的物理变形, 对射击命中效果产生不可忽视的影响,身管细长的坦克炮更为如此。

  而近年来,中国主战坦克逐渐开始普及一种全自动炮口偏移补偿装置,它能将火炮身管任何瞬间的热变形、受振动等实际情况导致身管变形引起的偏差,作为射击诸元之一纳入射角进行实时修正,且不需要用人工修正瞄准标志 , 从而极大提高了国产主战坦克的火炮射击精度。


  (一)坦克炮的误差从何而来?

  坦克炮射击时的误差来源可以概括为三类:

  第一类是系统误差,主要是由坦克炮整个火控系统的各个软硬件的技术水平决定的,对各个工况和每次射击都是固定的误差,比如火炮自身的跳角误差、火控计算机的计算误差,以及横风、气压、温度等射击参数的测量误差等。

  此外,坦克的火炮和火控装置之间是通过一系列复杂装置来实现基线同步的,在实际使用中,长距离运输、长时间放置、一定摩托小时数后的行军、更换或者维护火炮和火控装置时都会导致火控瞄准线和火炮没有对齐造成的火控系统的零位误差。

  第二类是可变系统误差,这种误差对每一种工况是固定的,但对不同工况是不同的。比如火炮耳轴倾斜误差、药温误差、不同弹种的误差。

  第三类是随机误差,是在完全相同工况上引起变化的误差,也是因为没有规律使弹道计算机不能通过以往积累的参数进行修正的误差。

  坦克炮为了增大射程、保证初速,其身管设计径长比较大,在震动、持续发射、阳光照射后,物理性能在身管上不可避免地会出现不均匀性而产生弯曲。

  在这种情况下,即使是同一个身管的炮口也和炮尾不在同一条线上,即会出现炮口偏移量,从而影响炮弹的出射角,而弯曲度的大小对弹丸飞行方向、射击精度、密集度都有一定的影响,可谓“差之毫厘,谬以千里”。

  由于误差的存在,坦克等武器装备进入待机阵地即将执行作战任务或者战场修整时都要进行校准,才能保证开火时有足够的精度。


  随着技术的进步,坦克火炮的大部分误差可以用火控系统的传感器测量和一些经验公式来实现计算机自动校准,温度、气压、横风等这些过去被视为随机误差的,如今均有了相应的测量计算手段,变为了系统误差,还有一些诸如膛内磨损等参数虽然很难直接计算,但也可以通过大量实验得来的经验公式,总结磨损量与射击次数的函数关系来估算测量,并进行修正。

  在这种背景下,坦克炮校准与精度提升为数不多的“随机变量”——对坦克炮口弯曲变形的精确测量便成为确保坦克射击精度的关键因素。

  (二)传统校炮方式:手工并不一定最好

  传统的坦克炮口弯曲量是通过安装前置反射镜人工进行测量,然后在车内进行修正,这种校炮方式大致分两步:基准归零、实弹修正。

  基准归零,就是在炮口插个镜子,车内车外协作,让火控和火炮的基准同步。在基准同步之后并不等于校炮就此成功,因为在实际射击中,不同弹种的初速度矢量方向与火炮的基线仍有一定的偏移角,所以还得通过实弹射击的效果来修正这个偏差。

  只有基准归零、实弹修正两步都进行完毕之后,校炮才算完成。


  (传统的坦克炮口弯曲量测量需要人工安装外置光学镜完成,为避免对校准作业的影响,镜体安装好后手便不能触碰炮管与镜体,以免影响精度)

  然而,这种校炮方式最大的缺点就是不具备实时性。在实际使用中,坦克发射炮弹过程中,炮口会摩擦发热,总是不可避免地存在着发热弯曲变形,特别是在炮弹发射而热胀冷缩后,又经过单侧横风的冷却作用与太阳光在不同入射角下对身管不均匀加热,这种环境因素的随机性使得炮管变弯的趋势更加令人难以捉摸。而在枪弹横飞的战场上,显然不可能有条件让坦克乘员下车频繁以这种方式进行炮口偏差校准。


  (尽管现代主战坦克都已使用护热套以降低外界温度对火炮身管的影响,但仍不能从根本上杜绝不均匀受热导致的火炮热胀冷缩后的随机弯曲)

  这种情况下,传统的依赖人工、使用外置校炮镜来校正炮口偏差的方法已不能满足战场环境下的校炮需求,实时、有效的修正坦克炮口弯曲变形量才能有效保证坦克的射击精度,同时最大限度地发挥坦克的作战威力。

  近年来,中国微电子与光学元件技术的提升为能实时对坦克炮弯曲进行校正提供了新的可能。

  (三)PSD炮口偏移补偿装置:让炮口校正更智能

  为解决传统炮口校准方式繁琐、时效性差的缺点,中国军工研发人员设计了一种基于光学杠杆原理、通过PSD(Position Sensitive Detector——位置灵敏探测器)对炮身弯曲进行实时测量的全自动炮口偏移补偿装置。


  (96B型主战坦克与96A型主战坦克最直观的区别即是炮盾上方安装的全自动炮口偏移补偿装置)

  所谓光学杠杆,是利用光线的镜面反射定律,对微小的角度或位移量变化量放大的光学装置,通过对放大位移的测量,间接测量出微小的位移变化以及变化方向。

  而PSD位置传感器是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器,或称为坐标光电池,它是一种独特的半导体光电器件。

  和普通光电二极管相比,它的结构、工作状态、光电转换原理等都类似,但工作原理却完全不同。它不仅仅是光电转换器,更重要的是还能对光电流进行分配——通过合理设置分流层和收集电流的电极, 然后根据各电极收集到的电流信号的比例来最后确定入射光的位置,并将光敏面上的光点位置转化为电信号。


  (全炮口偏移补偿装置的核心其实是一块很小的PSD传感器芯片)

  这套自动校准装置主要由脉冲激光光源、平面反射镜、遮光板、PSD光电转换与信号处理、数据采集与控制、计算机等部分组成。它利用PSD传感器的工作特性,通过与安装在坦克炮口端的反光镜配合,对坦克炮口射击时的弯曲变形量进行检测。

  炮口发生弯曲变形时,反光镜也会随之发生偏转,此时,当半导体激光器发出的调制激光光源发出的光束由左后侧照射炮口附近的平面反射镜,携带身管振动信息再将反射激光投射到右后侧的漫射屏上,通过反射镜的入射光点经光谱滤波和透镜成像后,到达PSD的光敏面上,此时PSD 就会输出一个相对于“零位”的位置偏移量,炮口弯曲量越大,光点离“零位”的相对位置越远。

  PSD对光点位置变化会输出相应的模拟量,由计算机计算出入射光斑的位置,再经过对模拟信号的放大、整形、采集、滤波等数字化处理,最终转换为炮口弯曲角测量值与变形校正所需的校正量,进而实时发送给火控计算机进行弹道修正,有效提高坦克在炮口弯曲变形时的命中率。


  (炮口偏移补偿装置结构示意图)

  作为系统核心器件的 PSD传感器具有灵敏度高、响应速度快、结构紧凑以及处理电路简单的特点,但在实际应用中,自然光、炮口烟雾、闪光等会对其定位精度产生较大影响,这就需要采取多种抗干扰设计降低其影响。

  为了防止炮口闪光及烟雾对激光光束的干扰,该系统在炮位附近安装有遮光板,炮口从遮光板中部的圆孔穿过,炮口套上软质波纹遮光套,进一步遮去身管与遮光板圆孔间的漏光,以保证测量结果的准确性。


  (作为一种光学探测设备,PSD全自动炮口偏移补偿装置需对坦克行驶造成的烟尘与射击后炮口焰有一定“免疫力”才能正常工作)

  另外,PSD 在接收入射激光信号的同时,也不可避免地会接收大量的背景辐射,造成输出信号的误差,为了减小大气中自然光、炮口闪光的干扰,该系统在 PSD 前加装窄带光学滤光片,其中心波长与激光辐射波长一致,大大减小了背景辐射。

  此外,一般炮口火焰导致的闪光的持续时间大约在6毫秒左右,闪光频率约为170赫兹,其他杂光信号频率更低,因此,中国军工研发人员根据光学信号传输的特点,将设计激光脉冲调制的频率设定在100赫兹,使之远离杂光频率,并利用带通滤波电路滤除杂波分量,提高了系统的信噪比和抗干扰能力。


  (最初展示的VT4主战坦克并未安装PSD全自动炮口偏移补偿装置,而在泰国陆军采购时却指定安装了这款配件,也可见国外用户对该装置可靠性的认可)

  结语

  中国研发的这款PSD全自动炮口偏移补偿装置实现了校炮技术的自动化,它能对各种原因引起的炮管弯曲变形进行准确测量和有效参数修正,给火控系统提供精准有效的校炮数据,提升坦克炮的校炮效率和射击精度,它的面世不仅极大提高了国产坦克的火力效能,也为促进国产坦克的出口提供了新的竞争力。

  作为世界上认知度最高的标签,中国制造(Made in China)正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏,力邀行业权威、资深玩家,呈现他们眼中的中国创新之路。

  投稿请联系newsresearch_ntes@163.com,稿件一经刊用,将提供千字800元的稿酬。

  官方图书《了不起的中国制造》现已上市,本书集结了专栏的优秀文章和经典案例,欢迎关注!


  ---------------------

  编辑| 史文慧

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。

跟贴 跟贴 114 参与 1639
© 1997-2019 网易公司版权所有 About NetEase | 公司简介 | 联系方法 | 招聘信息 | 客户服务 | 隐私政策 | 广告服务 | 网站地图 | 意见反馈 | 不良信息举报

了不起的中国制造

从未停止追赶

头像

了不起的中国制造

从未停止追赶

529

篇文章

437548

人关注

列表加载中...
请登录后再关注
x

用户登录

网易通行证/邮箱用户可以直接登录:
忘记密码